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掺矿渣微粉的高性能混凝土耐久性试验研究


内蒙古科技大学 硕士学位论文 掺矿渣微粉的高性能混凝土耐久性试验研究 姓名:徐广飞 申请学位级别:硕士 专业:结构工程 指导教师:杭美艳 20090623

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当今绿色高性能混凝土逐渐兴起,以节约能源和节省原材料、采用活性矿物掺合料

与高效减水剂来配制高性能、高耐久性的混凝土已成为全世界的建筑课题。这种双掺技
术下的混凝土具有较低的水胶比,较好的工作性能、较高的强度和耐久性。本文采 用掺磨细矿渣粉配制的混凝土除满足强度以外,其各项耐久性指标均优于未掺矿渣粉的

混凝土。本次试验结果可以更好的利用本地区的工业废料.矿渣,实现其在建筑业上的
普遍应用,体现环保性、经济性和可持续性。具体的试验内容如下:

首先,研究不同比表面积的矿渣粉掺入到混凝土中的和易性,根据掺入量的变化得
出比表面积为620m2/kg的矿渣粉在混凝土中等量取代水泥50%时,其和易性优于掺其 它比表面积矿渣粉的混凝土,且各项耐久性指标均优于基准混凝土。 其次,研究不同比表面积、不同掺量的磨细矿渣粉掺入到混凝土中的抗压强度、抗 渗性、抗冻性、抗碳化能力、以及抗腐蚀性等变化,得出比表面积为810m2,/kg矿渣粉 掺量为50%'---'70%的混凝土的各项耐久性指标均优于其它混凝土。 再次,利用激光粒度仪分析出不同比表面积的矿渣粉的粒度分布情况,从粒度分布 图可以看出比表面积越大的矿渣粉颗粒级配越好,直观的反应在掺比表面积较高的矿渣 粉的水泥砂浆强度较高;并且从水泥砂浆扫描电镜的微观分析可以看出:掺比表面积较 大的矿渣粉水泥砂浆生成相对更多的C.S.H凝胶,其结构更致密,强度更高,耐久性 更好。

关键词:磨细矿渣粉;高效减水剂;高。II,工t4-白日匕e.,混凝土;耐久性;

环保性;经济性;

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With
and
save

the development of the green high—performance concrete,to

conserve

the energy

the raw materials,used the active mineral admixture and super plasticizer to

compound

hi曲performance,hi曲durability concrete has
strength

been



construction issue of the

world.The concrete with the dual-mixed technology,this has lower water.cement ratio, better

performance,higher

and durability.This experiment

used the slag to

preparation me 11igh

performance

concrete which content the strength,and the durability

is better than the concrete of non?doped slag.Better used of the region’S ground slag powder by the experimental conclusions of the trial.to achieve its industrial

and

construction applications,reflect the environmental protection,economy and the path of
sustainable development strategies.Specific test contents as follow: First of all,researched the workability of concrete mixed with different specific surface area of slag powder,based
on

changes

in incorporation,the concrete that mixed

with the slag whose specific surface area is 620m2/l(g,replaced of equivalent cement 50%, the workability was better than the concrete that mixed with other slag powder of different specific surface area,and its indicators of the durability were better non-mixed the slag. Second,researched

than

the concrete of

the

concrete

mixed with

different specific surface area and

different content of slag,whose compressive strength、impermeability、frost resistance、

anti—carbonation、as

well as corrosion resistance

changes

etc.Come to the conclusion that

the concrete mixed with slag volume of cement replaced by 50%"--70%of the specific surface area is 8 1 0mz/kg whose durability indicators with slag of different specific surface area. Final,used the laser particle size
are

better than other concrete mixed

analyzer

to

make the analysis of different specific

surface area of the slag powder particle size,from the particle size distribution

Can

see

the

slag powder of greater surface area that its particle size distribution is beaer,intuitive response to the cement mortar mixed with slag of greater surface area which block’S

strength is higher;then used the scanning electron microscopy equipment

to analyze the

micro-material composition of the different proportions of the mortar,cement mortar mixed with slag of greater surface
area

which generate more C??S..H gelatins

and

its

structure is denser,the strength higher,the

durability better.
II

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Key words:

ground

slag powder;super plasticizer;high—performance

concrete;

durability;environmental protection;economy

III

独创性说明
本人郑重声明:所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得研究成果。尽我所知,除了文中特,另tJDi:i以标注和致谢的地方外,论 文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得内蒙古科 技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名: 疹.夕乡
/、.,

曰期:

关于论文使用授权的说明
本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定,P,IJ-, 学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布 论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的论文在解密后应遵循此规定)

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1绪论 1.1引言
混凝土的耐久性是指混凝土在使用过程中在内部的、或外部的,人为的、或自 然因素的作用下,混凝土保持自身工作能力的一种功能,或者说是结构在设计使用 年限内抵抗外界环境或内部本身所产生的侵蚀破坏作用的能力【2】。混凝土是当今土 建工程中用途最广、用量最大的建筑材料之一,近百年来,混凝土在工程实践中对 强度的要求不断提高,发达国家越来越多地使用50MPa以上的高强混凝土,目前尽

管对高性能混凝土有不同的定义和解释,但共同的观点认为高性能混凝土的基本特 征是按耐久性设计的。掺加矿物掺合料的高性能混凝土是21世纪的混凝土,是目前
混凝土技术的主要发展方向,它与目前出现的绿色混凝土相似,掺矿渣粉的高性能 混凝土和绿色混凝土具有较低的用水量、较低的水泥用量,具有较好的工作性能和 较高的强度、体积稳定性,具有致密的结构和较好的耐久性,能更多的掺加以工业 废渣为主的细掺料,尽量减少水泥在混凝土中的用量,以达到节省资源、能源与改 善环境的目的,更有效地减少环境污染,同时也能大量降低料耗与能耗。如何使这 些混凝土获得高性能、高耐久性,使用寿命由原来的40"--'50年提高到70"-'80年, 这对节省资源、能源以及节省使用期的修复资金均有重大的意义,而且也可以减少 混凝土及钢筋混凝土过早毁坏而带来的环境污染。

从材料科学的角度来看,混凝土的耐久性主要受其组成成分、内部结构及性能
所制约【21。实验从本地区的混凝土材料入手研究与分析普通混凝土与掺入矿渣粉的 混凝土的拌合性能与各项耐久性指标,合理调节各组分,使混凝土在掺入矿渣微粉 之后,获得了高的工作性能与高的耐久性,并能为本地区在建筑业上合理利用矿渣

粉提供理论依据。

1.2高性能混凝土的国内外发展概况和趋势介绍
2000年前,罗马人用石灰.火山灰胶凝材料建造了许多大型的建筑物,如:万神 殿、古罗马竞技场、引水渡槽、桥梁、围堰和灯塔等建筑物和构筑物,它们具有极
好的耐久性,有的至今还可使用。19世纪30年代,硅酸盐水泥研制成功,并逐步

取代石灰一火山灰胶凝材料的地位,这是由于石灰.火山灰胶凝材料凝结缓慢,早期 强度低,天然材料品质的差异而不易控制其质量,不能适应资本主义兴起后大工
业、交通运输和军事设施发展的需要峭J。

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20世纪30年代到60年代,普通减水剂得到广泛的应用和较快的发展,用水量 的减少可使得由砂、石、水泥和水组成的混凝土材料变得更密实;50年代到80年 代初,高效减水剂的研制成功并在许多国家得到广泛的应用,所生产的早强水泥颗

粒越来越小,比表面积越来越大,通过增加单方水泥用量和降低水灰比,高强混凝 土的配制变得可能,然而高效减水剂的应用可以提高混凝土的坍落度,减少用水
量,但并不能改善混凝土的粘聚性和抗离析性,因混凝土材质劣化和环境等因素的 侵蚀作用,出现混凝土建筑物破坏失效甚至崩塌事故,因此80年代前后,混凝土耐 久性问题越来越尖锐【2¨。从20世纪80年代开始,各国混凝土结构设计规范中逐渐 突出了耐久性设计的考虑,从只重视强度设计向强度与耐久性并重。进入20世纪 90年代以后,混凝土结构耐久性设计方法成为土木工程领域中的研究重点,针对不

同环境类别的侵蚀作用,提出材料性能劣化的理论或经验模式,并据此估算结构的
使用寿命,成为发展和研究耐久性设计方法的主流。日本于1986年提出“考虑耐久

性的建筑物设计、施工维护大纲",在1989年制定了《混凝土结构耐久性设计准 则》,把耐久性设计定义为:全面地考虑材料质量、施工工序和结构构造使结构在 一定的环境中正常工作,在要求的期限内不需要维修,它采用了与结构设计相同的 思路,要求构造各部位的耐久性指数大于或等于环境指数【l引。欧洲混凝土委员会
(CEB)1989年通报了“耐久性混凝土结构设计指南”,国际材料与结构试验研究室 联合会(RILEM)的130.CSI,2000年出版了一份名为《混凝土结构耐久性设计指 南》的技术文件,并有欧洲的19个单位参与,旨在改善欧洲混凝土的耐久性设计、

评估与维修水平例。
目前德国现行的混凝土结构设计规范已达C110级,强度等级为当今世界之

最。挪威皇家科技研究院的科学与工程研究基金持续资助高强混凝土和高性能混凝
土的研究【21。丹麦的大贝尔特工程是一座大型的隧道与桥梁连接结构,规定的设计

使用寿命为100年。1994年,美国联邦政府16个机构联合提出了一个在基础设施 工程建设中应用高性能混凝土的建议,计划在10年内投资2亿美元进行研究和开 发,美国国家自然科学基金(NSF)、美国国家标准与技术研究所(NIST)、美国联邦公 路管理局(FHWA)以及一些州政府的运输部和美国工程兵等机构,都一直投入大量经
费,资助高强、高性能混凝土的研究,NSF以每年200万美元的经费,定期资助以 西北大学为首的水泥基复合材料联合研究中心对高性能混凝土的研究【l引。德国、瑞 典、挪威等国家在发展高性能混凝土上也有很大投入,挪威是较早对高强高性能混

凝土开展研究的国家之一,至今已建造了20多个混凝土海洋采油平台,挪威皇家科
技学院的科学与工业研究基金(SINTEF)持续资助高性能混凝土的研究。瑞典1991,--,

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1997年由政府和企业联合出资5200万克朗,实施高性能混凝土研究的国家计划。 日本则在发展自密实混凝土方面取得很大的成就,其初衷也是为了消除混凝土振捣 中的缺陷和增加混凝土的密实性,以改善混凝土的耐久性为目标【5J。

自从20世纪90年代初清华大学向国内介绍高性能混凝土以来,高性能混凝土
的研究与应用在我国得到了空前的重视。1993年国家自然科学基金会、建设部、铁 道部和国家建材局联合资助了重点科研项目《高强与高性能混凝土材料的结构力学

性态研究》,随后许多省、市科委和建委也资助了高强、高性能混凝土方面的研究
课题。1999年中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会(HSCC)编写了《高强混 凝土结构设计与施工技术规程》(中国工程建设协会标准CECS 104:99)。我国“九

五’’重点科技攻关项目《重点工程混凝土安全性研究》,由中国建筑材料科学研究 院牵头,跨部门、跨行业地协作攻关,取得了许多重大成果。中国工程院土木水利 与建筑学部于2000年提出了一个名为“工程结构安全性与耐久性研究的咨询”项
目,并编写了《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(中国土木工程学会标准CCES 01—2004)[91。

高性能混凝土应走向全盘机械化、自动化、管理现代化。目前建筑业消耗世界 资源近40%,如将建筑物的寿命延长一倍,资源能源消耗和环境污染就要减轻一
半。延长混凝土的使用寿命,提高混凝土的耐久性,减少混凝土结构修补,减少水 泥用量,将会提高资源和能源的利用率,减少经济费用,避免经济损失,节约资源 和能源,减轻生态环境负荷,符合可持续发展战略,向超高性能混凝土(UHPC) 和绿色高性能混凝土(GHPO)发展。

在绿色环保日益深入人心的今天,混凝土能否长期作为最主要的工程结构材
料,关键在于能否成为绿色建筑材料,于是绿色高性能混凝土便将承担历史的责

任。绿色高性能混凝土能更多的节约水泥熟料,更有效地减少环境污染,同时也能
大量降低料耗与能耗;能更多的掺加以工业废渣为主的细掺料,节约代替水泥熟 料,改善环境,减少二次污染;能更大地发挥高性能混凝土的优势,尽量减少水泥 在混凝土中的用量,以达到节省资源、能源与改善环境的目的。 提高对高性能混凝土的认识,完善规范建立法规,加大工程应用,加快发展,

节约能源,减少环境污染是高性能混凝土发展的大趋势。高性能混凝土的发展,不
过十几年的时间,习惯了普通混凝土的人们对它的认识还不够,阻碍了高性能混凝 土广泛应用。目前高强高性能混凝土已基本被接受,而中低强度高性能混凝土还没

得到工程人员的普遍认可,这就为中低强度高性能混凝土的普及带来很大障碍。主 要原因是对造价和性能的认识不到位,很多文献指出中低强度混凝土有很好的经济

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效益,同时也会有很好的社会效益,同时,人们应该认识到优质工程必须要高性能 和耐久性。混凝土在整个工程费用中占的比重本来很小,考虑到工程质量,施工方 便,耐久性等,高性能混凝土即便增加一些成本,还是值得的,要算大帐,要综合 考虑高性能混凝土带来的经济、社会效益。为适应我国“节能和绿色建筑"的发 展,国家应完善规范,制定相应强制性的法规来大力推广高性能混凝土的应用。

我国很多研究单位已经研制出普通泵送高性能混凝土、大掺量粉煤灰和矿渣粉 高性能混凝土、高流态自密实高性能混凝土、纤维增加高性能混凝土、轻骨料高性
能混凝土、水下不分散高性能混凝土、港工与海工高性能混凝土、高抛纤维高性能 混凝土等等,研制出C30--一C80的各种强度等级的高性能混凝土和完备的混凝土耐 久性检测设备,以及掌握了配套的施工技术和各种混凝土耐久性检测技术等。目前 己出现超高性能混凝土,较成功的有活性细粒混凝土、注浆纤维混凝土与亚密配筋

复合材料,其特点是高强度、高密实性,以大量纤维增强来克服混凝土材料的脆 性,防止混凝土的突然断裂,但是其造价比高性能混凝土高的多,一般可首选用在
一些特殊工程如军事工程、核电站等中。加拿大已将活性掺合料混凝土用于一座桥 梁,法国正准备在一个核废料罐中研究应用超高性能混凝土。随着科技的进步,今 后还将有更多超高性能混凝土结构工程问世【I川。

1.3矿I渣,傲粉的国内外应用发展棚.况
矿渣粉是高性能混凝土的新组分,在混凝土中的应用,使其达到高性能,这是
当前混凝土技术特点之一。矿渣粉的开发与应用,开辟了高性能混凝土新的一页。 矿渣因其产量大、质量较为稳定、环保以及成本低等特点,近十年来国内外经过大 量的研究和实践证实了矿渣作为矿物掺合料在水泥及混凝土中的积极应用。 在国外,1862年,艾米耳?兰琴斯(Emil.Langens)发现如何将矿渣水淬造粒,所 得材料再与石灰混合后具有良好的胶凝性质,这个发现就成为应用矿渣生产水泥的

基础【4】。石灰矿渣水泥是1865年首先在德国作为商品应用,在1883年矿渣又被用 作生产波特兰水泥的原料之一。1892年德国生产了第一批用波特兰水泥熟料和粒化 高炉矿渣共同粉磨而得的矿渣波特兰水泥。矿渣微粉作为掺合料在混凝土中的应 用,始于20世纪50年代末期,南非的工程技术人员将矿渣磨细后作为一个组分材
料掺入混凝土中,发现具有很好的技术性。1980年,德国开始将磨细矿渣粉作为混 凝土掺合料,再配以有机减水剂,来生产C40--一C50的混凝土,满足不同工程要求

和性能要求。1987年加拿大多伦多市的Scotia广场大厦采用了水泥用量为

一4一

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315kg/m3、矿渣微粉为137kg/m3、硅灰33.6kg/m3,水胶比为0.30的混凝土建成了 这座大楼,该混凝土的28d抗压强度为83MPat37】。

从1914年起,英国就开始使用矿渣生产矿渣水泥,生产过程中矿渣的掺量范围
是0一-65%(对应于1 923年颁布的BS 1 46波特兰矿渣水泥),BS4246低热矿渣硅酸盐 水泥中矿渣的用量为50%--一90%。50年代末英国和德国开始将磨细矿渣粉作为混凝 土掺合料,再配以有机减水剂,来生产C40---,C80等级的混凝土,以满足不同工程 的性能要求【4】。1969年,英国市场上已有矿渣作为商品出售,1963年以含水浆体形

式,开始了矿渣在混凝土中作为胶凝材料的使用,约在lO万m3混凝土中掺入水泥 量60%~70%的矿渣作为胶凝材料;1970--一1973年之间,在50万m3混凝土中应用
了近7万吨矿渣,并应用于各种混凝土结构中,其中最值得一提的是,在Humber 桥(当时世界上最长的悬臂桥)高155米的混凝土桥墩中,掺入水泥量30%矿渣,用 量达3.3万吨,抗压强度为59MPaf4J。20世纪90年代初,用矿渣直接替代70%的水 泥配制强度等级为30.0Mpa--一45.0MPa。另外,还有的德国的工程在混凝土中掺入水 泥量85%的矿渣,42天抗压强度达到45.0MPal37J。

我国也从1994年开始利用矿渣单独粉磨制成的矿渣微粉作为生产新型矿渣水泥
的原料以及混凝土的掺合料【7J。目前,在配制高性能混凝土和高强混凝土时都广泛 采用矿渣微粉用作掺合料,己成为国内建材资源的一个新品种投放市场。宝钢现年

产290万吨矿渣,从1994年开始逐步根据市场情况组建了三个专门公司产矿渣粉, 与有关建筑科研单位进行了系统研究工作,得出按照一定比例生产磨细矿渣粉掺入 不同类型、不同配比和外加剂以满足高层、港口及核工程的需要,己被市场承认,
1999年在湖南、广东的一些建筑工程上进行了应用,上海的一些高校和科研院所取 得了用矿渣粉等量取代30%--一70%水泥配制C30"--C40的矿渣微粉混凝土的科技成

果,许多商品混凝土搅拌站采用此项技术,并在一些重要的工程上得到了应用,鞍
钢投资9000万元建设矿渣粉生产线(年生产20多万吨);此前,利用国产小设备投 资1000万元生产矿渣粉,形成年生产25~30万吨能力,攀钢建成60万吨/年渣粉

生产线;武钢早在90年代初就建设了2万吨矿渣粉生产线,可粉磨至比表面积 800m2/kg的细粉;山西长治钢铁公司建成生产能力为60万吨/年的矿渣粉粉磨站,
于2003年5月正式投产;太钢东山也建成一条40万吨/年的矿渣粉粉磨生产 线……。大掺量矿渣在混凝土中的使用技术已相对比较成熟,现在年大约有700多 家预拌混凝土企业在混凝土中使用的矿渣量达到1000万吨,掺矿渣粉的混凝土占了

预拌混凝土产量的五分之一,矿渣的年产量也从最初(1969年1的6.5万吨发展到
2007年的2300万吨。

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与矿渣粉磨技术发展的同时,上海市技术监督局于1998年发布了地方标准《混 凝土和砂浆用粒化高炉矿渣微粉》(DB31/T35.1998),上海市建设委员会于1999年

批准实施推荐性规范《粒化高炉矿渣微粉在水泥混凝土中应用技术规程》,并明确 该规程适用于各类预拌混凝土、现场搅拌混凝土以及混凝土制品和构件,2000年, 由中国建材设计院、冶金建筑研究总院、宝钢企业开发总公司共同制定了《用于水 泥和混凝土粒化高炉矿渣》(GB/T18046.2000),2005年上海市共推出十个建设科技
推广项目,其中之一是矿渣细粉的推广应用15】。

1.4掺矿物掺合料的高性能混凝土介绍
矿物掺合料是辅助胶凝材料,近几年来在高性能混凝土中应用越来越普遍,一
方面是由于经济效益显著,另一方面是因为这些材料可以得到很好的技术效果,在 高性能混凝土中,应用辅助胶凝材料的作用更为突出。

高性能混凝土中的矿物掺合料包括硅灰、粉煤灰、磨细矿渣、天然沸石粉、磨
细石灰石粉、石英砂粉等。在配置混凝土时加入较大量的矿物细掺料,可降低温

升、改善工作性、增进后期强度、可改善水泥浆.集料界面区Ca(OH)2的取向度,
矿物掺合料对水化产物C“OH)2数量、尺寸及空间分布排列的影响,均有利于界面

粘结强度的改善,并可改善混凝土的内部结构、提高抗腐蚀能力、提高体积稳定
性、降低碱含量、增强混凝土的耐久性。

混凝土体系可理解为连续级配的颗粒堆积体系,粗集料间隙由细集料填充,细
集料间隙由水泥颗粒填充,水泥颗粒之间的间隙,则需更细的颗粒来填充。矿物掺 合料的最小粒径在0.01mm左右,可起到填充水泥颗粒间隙的微集料作用,使混凝 土形成细观层次的自紧密体系;矿物掺合料颗粒的形状和表面粗糙度对紧密堆积及

界面粘结强度有密切的关系。综上所述二方面物理和化学的综合作用,掺矿物掺合
料的混凝土具有致密的结构和优良的界面粘结性能,硬化之后表现出良好的物理力

学性能和使用性能。在早期,由于水泥水化生成的Ca(OH)2的量相对较少,矿渣微
粉和其它矿物掺合料的火山灰效应不明显,随着水泥水化的完全,Ca(OHh的量相

对较多,矿渣微粉和其它矿物掺合料的火山灰效应就变得明显。下面是掺入矿物掺
合料的高性能混凝土的一些特点:

(1)高工作性:高性能混凝土拌合物具有大的流动性,但不泌水、不离析、易 泵送、易成型,甚至能达到自密实,它能够提高施工速度,减轻劳动强度,节约电 能,配制这种混凝土的关键要解决好拌合料的高流态和不泌水之间的矛盾,这样就
能保证了混凝土的浇筑质量,这对硬化后的混凝土性能的影响至关重要。
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(2)高体积稳定性:高性能混凝土中掺了活性矿物掺合料,水泥用量减少,较低 的水胶比、水化热低、温升小、冷却时的温度收缩小,混凝土在硬化过程中体积稳 定,硬化后不易产生宏观及微观的裂缝,具有致密的微观结构,抵抗外界的有害物 质的渗透性较好。 (3)高耐久性:高性能混凝土最重要的性能,由于高性能混凝土掺了高效减水 剂和活性矿物掺合料,具有较低的水胶比、因此混凝土具有较高的强度、弹性模 量;硬化混凝土强度等级、冻融循环、氯离子渗透值等达到高性能混凝土的相应性 能指标。高性能混凝土要具有特定使用环境下的耐久性,适宜的强度和工作性,满

足预期使用寿命的耐久性要求,最大限度地减少预期使用寿命内的维护修补费用, 同时应符合保护环境,减轻环境负荷和可持续发展的设计目标。高性能混凝土不是 混凝土的新品种,而是普通混凝土技术发展的产物,要实现在混凝土结构中的混凝
土具有高耐久性,必须是从原材料选择、混凝土配合比设计到混凝土生产、施工以 及管理等各方共同努力才能实现。

(4)环保性与经济性:大量使用粉煤狄和磨细矿渣粉等矿物掺合料,不仅可以
改善混凝土的性能,减少了水泥用量,降低了混凝土的成本,还利用了工业废料, 减少了生产所带来的能源消耗和二氧化碳的排放量,对于保护环境和人类可持续发

展具有重要意义。发展掺矿物掺合料的高性能混凝土所需要的原材料所用的优质高 效减水剂和矿物掺合料的生产,随着现代社会混凝土的大量使用,必将推动这些相
关产业的发展壮大。

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2课题的提出及研究意义
2.1课题的提出及研究内容
据初步估计,目前全世界每年生产的混凝土材料超过110亿吨,它不仅广泛地
用于工业与民用建筑、水工建筑和城市建设,而且还可以制成轨枕、电杆、压力 管、地下工程及海洋工程等各种构筑物【5】。同时,它也是一系列大型现代化技术设

施和国防工程不可缺少的材料。根据预测,21世纪中叶以至更长的时期,混凝土材
料仍将是主要的建筑材料,因此,混凝土材料有着广阔的发展前途。随着科学技术 和生产的发展,各种在严酷环境下使用的重大混凝土结构,如跨海大桥、海底隧 道、海上采油平台等,以及有毒有害废物处置与处理工程的建造需要在不断增加, 这些混凝土工程施工难度大,耐久性要求高,一旦出现事故,则后果十分严重,修

补耗资巨大。日前,国际上已经广泛认识到,用高性能混凝土来替代传统的混凝土 结构物和建造在严酷环境中的特殊环境中的特殊结构,采用活性矿物细掺合料与高
效减水剂复合效应来配制高性能混凝土已成为当前混凝土技术的又一重要技术措 施。在配制高性能混凝土除满足强度、施工性能和耐久性能以外,还应考虑其经济 性,目前在本地区中,掺超细矿渣粉的高性能混凝土在其经济效益和社会效益中表 现得非常显著。

本文在大量的实验基础上,对掺不同比表面积的超细矿渣粉混凝土的耐久性指标进
行了全面的分析,掺入矿渣粉的混凝土的主要优点是具有大的流动性,不泌水、不离

析、易泵送、易成型,甚至能达到自密实,它能够提高施工速度,减轻劳动强度,节约
能源,节约水泥材料,降低成本并且能很好的提高混凝土的各项耐久性指标。由于矿渣

粉属于地方性的工业废料,各项指标与其它地区有所不同,本实验就是利用本地区的建 筑原材料和工业废料来配制混凝土,减少了大工业城市的废物排放量,更提高了混凝土
的耐久性,并且本地区针对掺入矿渣粉的混凝土的耐久性研究已经成为目前混凝土界所 研究的重要内容,对此,来仔细研究矿物掺合料的使用情况和使用方法已成为目前混凝 土行业的主要任务。本课题是针对超细矿渣粉的对高性能混凝土耐久性的影响而设计 的,主要工作有以下几方面: (1)首先将矿渣粉磨成比表面积为420m2/kg、530m2/kg、620m2/kg、720m2acg、 810m2/kg不同等级的细粉,然后在混凝土中分别以20%、30%、40%、50%、60%、

70%来取代等量水泥,研究不同比表面积的矿渣粉掺入到混凝土中的和易性,根据掺入 量的变化得出每一个比表面积下的最佳掺量。

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(2)其次通过试验研究不同比表面积、不同掺量的磨细矿渣粉掺入到混凝土中的抗 压强度、抗渗性、抗冻性、抗碳化能力、以及氯离子渗透性的变化,评价其硬化后的力 学性能和耐久性能。 (3)利用激光粒度仪分析出不同比表面积的矿渣粉的粒度分布情况,用扫描电子显 微镜分析掺不同比表面积和掺量的矿渣粉水泥砂浆的微观结构,从微观上来分析矿渣粉 掺入到混凝土中硬化后的力学性能和使用性能。

2.2课题的研究意义
全世界每年混凝土用量规模之大、耗资之巨、应用之广,作为现代工程主要材
料的地位依然不被撼动。混凝土用于工程结构至今已有150多年历史了,纵观混凝 土技术的发展进程,其发展主要遵循复合化、高强化、高性能化三大技术路线。长 期以来,人们过分注重于混凝土的力学性能,主要集中在提高混凝土的强度上,以 抗压强度的比例关系来代表其性能的优劣,而对影响混凝土耐久性则重视不够,从 而导致了许多工程结构的开裂,甚至崩塌。 掺矿物掺合料的高性能混凝土可增加混凝土结构安全使用寿命,减少造成修补

或拆除的浪费和建筑垃圾;可大量利用工业副产品和废弃物,尽量减少自然资源和 能源的消耗,减少对环境的污染;收缩徐变小,适合建造高效预应力结构;高性能 混凝土适用于高层、大跨、大体积、长跨度桥梁、海底隧道、高速公路及严酷环境 中使用的结构物,如核反应堆、海上结构和处于有腐蚀性介质环境的结构等的建筑 和修补。此外,由于混凝土耐久性不高,致使混凝土工程的维修费急剧增大。1975
年,美国预测全国公路混凝土桥梁修补费到1996年只需26亿美元。但到了1989 年,美国公路混凝土桥梁维修费实际已达1550亿美元,加上房屋等的钢筋腐蚀损 失,全部费用估计可达2580亿美元,是预测维修费60~70倍。1989年英国钢筋混 凝土结构工程因腐蚀破坏而形成的年维修费已达5.5亿英镑,占英国建筑业年成效 额的1.1%12]。我国虽没有这一方面精确的统计数据,但因混凝土耐久性差而增加的 维修和重建费也是十分可观的。 众所周知,水泥厂为了生产水泥,必须开挖大量的矿石和黄土,生产水泥所消 耗的能源也是惊人的。由于我国的水泥生产工艺比较落后,估计每生产1吨水泥就 会排放约1吨的二氧化碳,而在电厂、炼钢厂、铁铝合金厂的生产中,也会有大量

的粉煤灰、矿渣、硅灰等工业废渣排放出来,它们都对我们的生态环境造成了严重
的破坏。所以,如何减少水泥的用量,加大对工业废渣的回收利用,一直是水泥混

凝土研究人员关心的课题。尽管与钢材、铝材、塑料等其它建筑材料相比,生产混
一9一

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凝土所消耗的能源和造成的污染相对较小或小得多,混凝土由于它的用量庞大,过 度开采矿石和砂、石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境和天然景观, 像包头地区已经没有很好的河砂来供应混凝土搅拌站了。另一方面,因为高性能混 凝土具有优异的力学性能和耐久性,有着普通混凝土所无法比拟的社会效应和经济 效应。因此,未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量,必须更多地利用各种工业

废渣作为其原材料,未来的混凝土必须是高性能的,尤其是耐久的,耐久和高强都
意味着节约资源。 在绿色环保日益深入人心的今天,混凝土能否长期作为最主要的工程结构材 料,绿色高性能混凝土能更多的节约水泥熟料,更有效地减少环境污染,同时也能 大量降低料耗与能耗;能更多的掺加以工业废渣为主的细掺料,节约熟料,改善环

境,减少二次污染;事实已经表明,具有高耐久性和绿色环保的混凝土,是今后人
们对水泥混凝土材料研究的重要方向,高性能混凝土作为一种超高性能的新型建筑

材料,必将在今后的工程建设中发挥重要的作用。本文中的高性能混凝土掺加了大
量矿渣作为掺合料,不仅增加了对工业废渣的利用,同时也大大减少了水泥的用 量,符合配制绿色环保材料的指导方针。

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3混凝土耐久性试验用原材料和配合比设计
3.1本实验设计依据
提高混凝土的耐久性是目前建筑行业最需要解决的大问题,如何提高混凝土耐 久性的途径成为解决问题的关键,下面是试验针对提高混凝土耐久性设计原理的分 析。

本次试验在混凝土中掺加减水剂大幅度地降低了水灰比,提高混凝土的强度和
致密性,改善混凝土的流动性,能获得所需要的施工性能,增强混凝土的抗渗、抗

冻、抗钢筋锈蚀的性能,这已成为我国混凝土行业普遍采用的技术。如清华大学于
20世纪70年代开发的高效减水剂可成功配制出C100且满足施工要求坍落度的高强 混凝土【61。 此外,为抑制危害严重的碱.骨料膨胀反应,应控制水泥碱含量,包括外加剂和

掺合料引入的碱,除了环境因素引起的混凝土的结构破坏以外,混凝土本身的一些
物理化学因素也可能引起混凝土结构的严重破坏,致使混凝土失效。例如,混凝土 的化学收缩和干缩过大引起的开裂;水化热过快过高引起的温度裂缝。因此,要提 高混凝土的耐久性,就必须减少或消除这些结构破坏因素,减少水泥用量,限制或 消除从原材料引入的碱可以引起结构破坏和钢筋锈蚀物质的含量,加强施工控制环 节,避免收缩及温度裂缝产生。

使用磨细矿渣粉作为矿物掺合料,可降低混凝土的水灰比,减少水化热,并可 使二次水化产物填充水泥石中的孔隙。利用其比表面积较大,吸附水的能力较小,
其活性成分还能与水泥水化时析出的氢氧化钙生成水化硅酸钙水化物,可减小混凝 土的干缩,弥补收缩,使混凝土的结构更加密实。总之,通过在混凝土中掺加磨细

矿渣粉,利用其填充作用和火山灰特性,可大幅度提高混凝土的抗渗性,降低氯离 子在混凝土中的渗透速率,减轻氯离子渗透对钢筋的危害,提高混凝土的抗化学侵
蚀性,提高混凝土的耐久性和强度,改善混凝土的性能,既节约了能源减少了成 本,也在对环境的保护上有着突出的作用。

3.2试验用原材料
3.2.1水泥

水泥是混凝土中最主要的胶凝材料,选用水泥品种对高性能混凝土的配制非常
重要。适用于制备高性能混凝土的水泥必须具有良好的流变性能和较高的28d强

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度。高性能混凝土特点之一是水胶比较低,要满足施工工作性的要求,水泥用量就 要增大,但为了尽量降低混凝土的内部温升和减少收缩,应当尽量降低水泥用量。
同时,为了使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性,对于胶凝材料总量也要加以

限制,并且选用的水泥最好要与目前大宗使用的高效减水剂有很好的相容性。本试 验选用包头蒙西水泥厂生产的P.042.5水泥,其性能指标见表3.1所示:
表3.1水泥的物理力学性能

3.2.2粗骨料 混凝土是由骨料、水泥石以及界面层三部分组成,界面层是混凝土中相对薄弱

的部分,界面的粘结强度影响了混凝土的强度和其它性能,因此在考虑选取粗骨料 时必须同时考虑骨料的强度和与界面的粘结强度。对于混凝土来说,集料的性能对
于混凝土的抗压强度及弹性模量起到决定性的制约作用,不同的集料,对于混凝土 性能有明显的影响。高性能混凝土的高耐久性要求集料与水泥石界面性能良好,所 以高性能混凝土需要优质集料。例如集料含泥量、杂质含量要尽可能低,强度要

高、粒形和级配要好【311。配制高性能混凝土时,粗骨料的强度要高于混凝土强度的 1.5~2倍,采用表面粗糙的碎石为好,尤其是坚硬的石灰岩碎石更好,因为石灰岩
矿物成分与水泥浆有较好的结合能力,增加界面的粘结强度。粗骨料的粒径大小,

也会影响高性能混凝土的强度,粗骨料的最大粒径不宜大于30ram,最好在20mm 以下,原因是大颗粒骨料内在缺陷发生的机率相对较高,而小颗粒骨料相对致密,
同时增加了与水泥浆粘结的面积,提高了强度。另外,混凝土中宜采用连续级配粗

骨料,这样可以改善混凝土的工作度【l引。 本试验采用变质岩破碎的级配良好的5"-'20ram大青山产碎石,通过检验得出其
含泥量O.2%,泥块含量无,压碎指标为1.7%。

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3.2.3细骨料 高性能混凝土的用砂,要严格控制其细粉颗粒的含量和砂子的含泥量,尤其是

在工程中要避免含有云母和泥土的砂子,本实验选用级配良好的包头昆河产中砂,
细度模数为2.52,含泥量1.0%,有机物含量合格。

3.2.4水 高性能混凝土用水的水质要求与普通混凝土相同,水质不得影响混凝土和易性

及凝结时间;不得有损于混凝土强度的发展、降低混凝土的耐久性、加快钢筋锈蚀
及导致预应力钢筋脆断;不得污染混凝土表面,本课题选用符合标准的自来水。

3.2.5矿渣粉 本次试验选用包头宏伟厂生产的矿渣微粉,根据相应的试验规程进行检验,实

验所用矿渣粉比表面积为420m2/kg,质量细数为1.46,活性系数为0.31,碱性系数 0.9l,其化学成分与相应的物理性能见表3.2与表3.3所示:
表3.2矿渣粉的各个成分组成

表3.3矿渣粉的各项性能指标 目 密度 比表面积
m2/kz >一350 420

活性指数
7d/28d% >/75/>/95
94/101

流动度比



s03含量
% ≤4.o
1.19

氯离子含量烧失量
% ≤0.02
0.009


指标值 实测值

2/cm3
≥2.8
2.91

% ≤3.0
1.6

>190
95

3.2.6外加剂 外加剂主要是指无需取代水泥而外掺量小于水泥质量5%的化合物。最常用的减

水剂为萘系减水剂、三聚氰胺减水剂、胺基磺酸盐减水剂等,高效减水剂是高性能 混凝土必要的组分,高效减水剂是一种在混凝土坍落度基本相同的条件下能大幅度 减少拌和水用量的外加剂【181,高效减水剂是高分子量阴离子表面活性剂,它对水泥 颗粒有明显的分散作用。水泥粒子的分散可以说是由于减水剂中承担分散作用的成
分吸附在水泥粒子表面而产生的静电斥力。由于吸附分散剂在水泥颗粒表面产生了

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带电层,相邻两个粒子的静电斥力作用,使水泥粒子分散,防止其凝聚。在使用萘 系和密胺系分散剂的场合,这种分散作用使得混凝土流化。另一个是立体斥力,水 泥粒子表面上的某种体积大的高分子吸附层相互接近交叉时,吸附层的物理立体斥 力作用,产生防止水泥粒子凝聚的效果,用聚羧酸系和氨基磺酸系等是由于立体斥

力和静电斥力的两种效果。关于浸润作用,减水剂在化学结构中具有较多的与水分 子亲和高的羟基和醚基、氨基等分散剂,水泥粒子由于吸附分散剂而与水的亲和性
提高,水泥粒子间充迸水分子,产生阻碍其凝聚的效果,也可以说降低了水的表面 张力,有利于水泥粒子的浸湿,使水浸透到粒子间更狭小的细孔中,使水泥粒子分 散,改善混凝土的粘性Il 9‘。

正是因为高效减水剂的出现,才使得混凝土的水胶比能降得很低却仍有很好的
工作性,使高性能混凝土的实现成为可能。因高效减水剂的掺量很少,故使用外加 剂应时适当延长搅拌时间,以得到均匀的混凝土拌合物。高性能混凝土所选用的高 效减水剂要与所选水泥有很好的相容性。

根据我们前期的综合性试验,本次试验的高效减水剂选用包头钢鹿外加剂厂生
产的复合萘系高效减水剂,且此高效减水剂与蒙西水泥适应性较好,其主要技术指

标如表3.4所示:
表3.4 GL-B3高效减水剂主要性能

3.3试验配合比设计
本次试验设计的是掺磨细矿渣粉的C40混凝土,参照配合比设计规程JGJ55.2000

进行设计;得出流动性较好的基准2拌配合比,并在基准配合比基础上改变不同比表
面积的矿渣粉在混凝土中的掺量,取代水泥量从20%到60%,混凝土的配合比设计如表 3.5所示:

内蒙古科技大学硕士学位论文 表3.5混凝土设计配合比表

注:表中的矿渣粉的比表面积为530m2/kg

3.4试件的成型和养护
根据试验要求,试验所用混凝土试件由内蒙古科技大学实验室的小型搅拌机拌 合,振动台振动成型,并根据要求依次成型试验用的混凝土试块,经过二十四小时 的养护后拆模,将试块放置实验室的养护室(温度20±2℃,相对湿度95%)中养 护。

3.5本次试验采用的标准
本课题是针对掺超细矿渣粉的高性能混凝土耐久性影响而设计,根据试验要求进行 材料的检验和混凝土的配合比设计、再依据实验要求和设计方案,进行各项耐久性试验

分析。本次试验所采用的国家标准有:
(1)矿渣粉比表面积测定:按照GB/T8074.1991进行; (2)建筑用砂石试验:按照GB/T14684(5).2001进行; (3)水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法:按GB/T1346.2001进 行; (4)矿渣粉检验方法:按照GB/T18046.2000和GB/T18732.2002进行; (5)水泥胶砂强度检验方法:按照GB/T17671.1999进行; (6)混凝土用外加剂检验:按照应用技术规范GB50119.2003和试验标准 GB8076.1997进行; (7)普通混凝土拌合物性能试验与力学性能试验:按照cB50080(1).2002进行; (8)配合比设计参照普通混凝土配合比设计规程JGJ55.2000进行:

(9)混凝土的耐久性试验方法:按照GBJ82--85《普通混凝土长期性能和耐久
性能试验方法》进行。

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4掺超细矿渣粉的混凝土抗压强度试验
4.1混凝土的抗压强度试验
混凝土在搅拌、成型拆模之后,在标准养护条件下到一定龄期,分别测定其
7d、28d、60d的抗压强度,每个龄期的抗压强度试件为3块,取3块的算术平均值 作为该组试件的抗压强度值,所测得抗压强度值如表4.1~4.5及图4.1~4.5所示:
表4.1掺比表面积420m2/kg的矿渣粉混凝土不同龄期的抗压强度

∞ 伯 ∞ ∞ 们 ∞ 加
m 0



20%

30%40%

50%

60%

矿渣粉掺量%

图4.1掺比表面积420m2/l‘g矿渣粉混凝土不同龄期抗压强度

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由表4.1中的数据看出,比表面积为420m2/kg的矿渣粉随着掺量的增加,混凝土 7d龄期的抗压强度逐渐下降;矿渣粉在混凝土中的掺量在40%时,28d的抗压强度最高 达到59.3 Mpa,随着矿渣粉掺量的继续增加混凝土的中后期强度略有下降,掺量为60% 的混凝土中后期强度小于基准混凝土。混凝土28d和60d的抗压强度在矿渣粉掺量为 20%'--40%时增长较为显著。
表4.2掺比表面积530m2/kg的矿渣粉混凝土不同龄期的抗压强度

舳 加 ∞ 的 如 ∞ 加



▲形√
r/
_——一


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20%

30%40%

50%

60%矿渣粉掺量%

图4.2掺比表面积530m沁矿渣粉混凝土不同龄期的抗压强度

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由上表中的数据可以看出,比表面积为530m2/kg的矿渣粉在混凝土中的掺量在

40%时,28d的抗压强度最高为66.9 Mpa,随着矿渣粉掺量的增加,混凝土7d龄期的抗
压强度逐渐下降,且其强度仍然全部小于基准混凝土;而矿渣粉在掺量增加到60%的时 候混凝土的中后期强度略有下降,同时也小于基准混凝土,结论与4.1基本相同。

表4.3掺比表面积620m沁矿渣粉混凝土不同龄期抗压强度

踟 加 ∞ 的 如 ∞ 趵


0 J
20% 30%40% 50%

60%矿渣粉掺量%

图4.3掺比表面积620m沁矿渣粉混凝土不同龄期抗压强度

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由表4.3中的数据得到:比表面积为620m2/kg的矿渣粉掺量为40%,混凝土7d龄 期的抗压强度上升达到最大值44.4 Mpa,但是掺量的增加使得早期强度有较小幅度的降
低;矿渣粉在混凝土中的掺量在50%时,28d的抗压强度最高为70.3 Mpa,随着矿渣粉 掺量的增加,矿渣粉在掺量为60%时混凝土的中后期强度虽然略有下降,但是下降趋势 较小;相对于前两组混凝土,60d强度相对于28d的增长幅度减小。
表4.4掺比表面积710m2/kg矿渣粉混凝土不同龄期抗压强度

∞ ∞
加 ∞ 的

∞ {i; ∞




I/


r歹夕爿d岛§


’\\

20%

30%40%

50%

60%

70%矿渣粉掺量%

图4.4掺比表面积710m2/kg矿渣粉混凝土不同龄期抗压强度

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由上表4.4中的数据可以看出:掺比表面积为710mE/kg矿渣粉的混凝土7(1龄期的 强度全部大于基准混凝土,掺量在50%早期强度最高达到51.9Mpa,提高较明显,矿渣 粉在混凝土中的掺量在60%时,28d的抗压强度最高73.8Mpa,而矿渣粉在掺量为70% 时混凝土的中后期强度有所下降,但同时也大大高于基准混凝土。
表4.5掺比表面积SmOm2/kg矿渣粉混凝土不同龄期抗压强度

注:8-2代表混凝土中掺入比表面积810me/kg矿渣粉取代水泥量为20%,匕表类同。 ∞ 鲫 加 印 舳 如


一……‘…‘r一

一万∥I叁§一 \.


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20%

30%40%

50%

60%

70%矿渣粉掺量%

图4.5掺比表面积810m2/kg矿渣粉混凝土不同龄期抗压强度

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由上表中的数据看出:掺比表面积为810m2/kg的矿渣粉在混凝土7d龄期的强度也 全部大于基准混凝土,早期强度提高也较明显,混凝土中矿渣粉的掺量在50%时,7d 的抗压强度达到最高为55 Mpa;混凝土中矿渣粉的掺量在60%时,28d的抗压强度达到 最高为74 Mpa,强度提高非常的明显,但是相对比表面积为710m2/kg的矿渣粉的混凝

土的增长率稍有下降,在矿渣粉掺量为70%的混凝土中,其中后期强度也大大高于基准
混凝土。

4.2抗压强度实验结果总结
1.由表4.1~表4.2可以看出,混凝土中磨细矿渣粉随着掺量的增加,混凝土的7d

强度逐渐降低,但28d的抗压强度增长率明显提高,矿渣粉掺量为400/5时28d强度在达
到最大值,由表4.3"--'4.5可以看出,磨细矿渣粉随着比表面积和掺量的增加,7d强度 较基准混凝土也有相应的提高,但是28d的强度增长更明显,表4.3中矿渣粉的掺量达 到了50%时,中后期强度达到最大值,表4.4和表4.5中矿渣粉的最佳掺量更是达到了 60%左右。 2.在细度为420m2/kg、530m2/kg的矿渣粉在掺量达到60%时,其各个龄期的混凝 土强度基本上都小于基准混凝土强度。矿渣细度、掺量对混凝土60d强度的影响基本上 与28d的影响趋势一致,掺620m2/kg、710m2/kg、810m2/kg矿渣粉的混凝土60d强度均 大于不掺矿渣的基准混凝土的抗压强度;而矿渣在掺量达到70%时,其强度增长趋势和 28d强度趋势一致,并且也大大高于基准混凝土。 3.以上结果表明:在目前工程常用的C40级混凝土中,掺入大量的矿渣微粉不仅

大大提高混凝土的强度,保持了良好的工作性能,而且取代了大量水泥,大大降低了工 程成本,充分的利用了本地区的工业废料—矿渣粉,减少了生产所带来的能源消耗和二
氧化碳的排放量,对于保护包头的环境起到了一定的积极作用。

4.3掺矿渣粉混凝土抗压强度的微观分析
混凝土的抗压强度的数据表明,矿渣粉在混凝土存在一个最佳掺量使得其抗压强度 最高,矿渣粉在最佳掺量的条件下,混合体系中的激发成分能够最大限度地激发矿渣微 粉的活性,水化产物在基体内能获得更好的配伍,从而使硬化混凝土能获得更高的强 度。水泥水化产物的主要是C.S.H凝胶和Ca(On)2,C.S.H凝胶的颗粒小,比表面积 大,与未水化水泥颗粒和粗细骨料的粘结性较好,混凝土的强度主要取决于C.S.H的

多少,Ca(OH)2颗粒较大,比表面积小,结晶的板面容易覆盖在骨料的表面,因而与未 水化的水泥颗粒和粗细骨料粘结性差,对强度不利。矿渣粉经过磨细之后,对提高混凝

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土的强度主要取决于它的两个综合效应:一个是火山灰效应,它改变了界面的粘结强 度,混凝土中掺入磨细矿渣粉后,在混凝土内部的碱性环境下,矿渣粉吸收水泥水化是
形成的Ca(OHh进一步水化生成更多有利的C.S.H凝胶,使界面的Ca(OHh变少,改 善混凝土的微观结构,使水泥浆体的空隙率明显下降,强化了集料晃面粘结力,使混凝 土的物理力学性能大大提高;另一个是微集料效应,磨细矿渣粉的平均粒径比水泥小得 多,它的加入填充了水泥颗粒间的间隙,改变了胶凝材料的颗粒级配,使混凝土形成了

细观的自密实体系,从而提高了混凝土的强度。
比表面积较大的矿渣粉随着掺量的增加,早期强度也有相应的提高,但是中后期的 强度增长更明显,这是因为较细的矿渣粉在水泥水化和硬化过程中反应活性较大,在水 化早期即形成较多的胶凝产物,提高了浆体微观结构的密实度,不仅减少了Ca(OI-Ih在

浆体中的含量,而且也改善了Ca(OH)2的形态,使其更密实,而比表面积小于530m2/kg 的矿渣粉,由于颗粒相对较粗而反应稍慢;由上表中的实验数据可以看出,磨细矿渣粉
掺量从20%增加到50%时,混凝土的流动性不断增加,水泥中的石膏和水泥水化生成的 Ca(OHh能够激发矿渣粉的活性,掺合料充分填充砂及水泥颗粒间的孔隙,减小了填充 水,增加了流动性;而矿渣粉的掺量从50%再增大到70%时,流动性不断减小,这是由 于超细粉料过多,比表面积增大,需水量增加,流动性减小。

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5掺超细矿渣粉的高性能混凝土耐久性试验
高性能混凝土中掺入的超细活性矿物掺合料一矿渣粉填充在水泥粒子之间和界

面的空隙中,使水泥的结构和界面的结构更加致密,阻断了可能形成的渗透通路, 使混凝土的密实性大幅度提高,这样水和侵蚀介质难以进入混凝土的内部,故耐久 性大大提高了。目前推出的高性能混凝土的核心是高耐久性,用什么方法检测和评
价混凝土的耐久性更有效,目前尚未系统研究。本次试验是针对C40高性能混凝土

中掺入不同比表面积的矿渣粉进行的对比性试验,对掺入不同量矿渣粉的混凝土的
抗压强度、抗渗性、抗冻性、抗碳化性以及混凝土的氯离子渗透性等变化的研究, 为今后定量评价掺矿渣粉的高性能混凝土耐久性提供一些试验基础和依据,以下是 各项试验的数据和相关的结论分析。

5.1混凝土的抗渗试验及结论分析
混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗水分在其毛细孔向其内部渗透作用的能力,混
凝土的抗渗性与耐久性有极其密切的关系。影响混凝土抗渗性的主要因素是水泥内 部有毛细管或某些微裂缝所形成的透水通路,这些通路是配制混凝土时,为得到一 定的施工流动性而多加的水分在混凝土硬化时蒸发所留下的,通常来说,抗渗性好 的混凝土,其密实性高,混凝土的耐久性也较好,这是因为许多有害物质是随介质

渗透到混凝土内部而起破坏作用的,抗渗性很低的混凝土能抵抗环境中侵蚀介质的
侵入,因而具有高耐久性,影响混凝土抗渗性的因素不仅是孔隙率,更重要的是孔 结构。

高性能混凝土所用的矿物掺合料要求有一定的细度,这样,矿物细掺料参与水 化反应的产物及其未反应的细颗粒就可填充水泥石的毛细孔,使混凝土更密实。随
着水化龄期的发展,掺有矿物细掺料的水泥石中无害或少害的dq:L或微孔增多,即

孔结构得到改善,提高混凝土的抗渗性,除混凝土本身具有极低的渗透性以外,从
实际意义上来说,避免混凝土结构出现裂纹和裂缝是更为重要。混凝土抗渗性能的

高低直接反映混凝土耐久性能,抗渗性能差的混凝土,由于外界的水和侵蚀性介质
易于渗入混凝土内部,其耐久性较差。

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5I.1抗渗试验方法 本试验中的混凝土抗渗性用抗渗等级柬表示,我国标准采用的抗渗等级是以 28d龄期的标准试件,按标准试验方法进行试验时所能承受的最大水压力来确定。 根据混凝土试件在抗渗试验时所能承受的最大水压力,混凝土的抗渗等级划分为 s6、s8、S10、S12五个等缴。试配要求的混凝土的抗渗水压值应比设计提高0.2 Mpa,在确定抗渗等级的时候,使用公式:
S=10H-1

(式5.1)

式中s—抗渗标号;H—6个试件中3个渗水时的水压力(MPa)。 试验采用GBJ82--85中规定混凝土抗渗性能试验步骤进行:采用顶面直径为 |75ram,底面直径为185ram,高为150ram的试模,试件以6个为一组,混凝土成 型的第二天拆模,并送入养护室养护。试块标准养护28d后,取出试块,待表面晾 干后,用热蜡将试块周边封住,套上经过加热的试模,在螺旋加压装置上,将试件 压入经电炉子预热过的试件套中,稍冷却后,可解除压力,连同试件套装在抗渗仪 上进行试验;试验从水压为0.IMPa开始,以后每隔8h增加水压0 1MPa,并且要随 时注意观察试件端面的渗水情况。当6个试件中有3个试件端面有渗水现象时,即
可停止试验,记下当时的水压。这个压力就是混凝土的抗渗压力值。图5.1和5.2为

试验用的试块、抗渗试模以及抗渗仪器:

图5 l试验用试块和试模

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图5 2程控自动调压抗淳数控仪

5.1

2抗渗试验结果 本试验的混凝土在超细矿渣粉和高效减水剂的加入,大大提高了其密实度,且

掺入矿渣粉的混撮土抗渗能力较高,用国标GBJ82--85中的最大水压1.SMPa测试
就难以区分不同掺量下的混凝土抗渗压力,在进行试验时,增加水压到极限状态的
40

MPa的时候,仍无试件透东,在停止试验后,将试块用压力机破碎之后测定平

均透水高度,测得的渗水高度如表5 l~5 5所示:
表sl掺比表面积啦0m’I‘g矿渣糟掘凝土的抗潘缮果

由上表中的渗水高度可以看出;掺比表面积为420m2/kg的矿渣粉的混凝土中 随着矿渣粉掺量的增加渗水高度逐渐降低 20¥mm.但是此混凝土的塌落度相对较小
加。

并且矿渣粉掺量为50%时,达到最小的 当掺量增加到60%时,渗水高度有所增

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由上表中的渗水高度可以看出:掺比表面积为530m2/kg的矿渣粉的混凝土中,
随着矿渣粉掺量的增加渗水高度逐渐降低,并且矿渣粉掺量为50%时,达到最小的 16.3mm,当掺量增加到60%时,渗水高度有较小的增加。 表53掺比表面积620m2/kg矿渣粉混凝土的抗渗结果

由表5.3中的渗水高度可以看出:掺比表面积为620m2/kg的矿渣粉的混凝土中,随 着矿渣粉掺量的增加渗水高度逐渐降低,并且矿渣粉掺量为50%'---60%时,渗水高度达
到最小的14.5mm,远远小于基准混凝土。

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由表5.4中的渗水高度可以看出:掺比表面积为710m2/kg的矿渣粉的混凝土中,随 着矿渣粉掺量的增加渗水高度逐渐降低,并且矿渣粉掺量为60%时,达到最小的
13.6mm,从渗水高度数据的走向看,矿渣粉掺入量大于400,5以后渗水高度的递减程度 降低。 表5.5掺比表面积810m2/kg矿渣粉混凝土的抗渗结果
混凝土编号 塌落度/扩散度
Cm

标养28d 抗压强度Mpa

渗水压力4.0Mpa渗 水高度him

由表5.5中的渗水高度可以看出:掺比表面积为8lOm2/kg的矿渣粉的混凝土中,随

着矿渣粉掺量的增加渗水高度逐渐降低,并且矿渣粉掺量为60%时,达到最小的 12.9mm,其渗水高度值远远小于基准混凝土的34.9mm。将上表的数据汇总如图5-3所
示:

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渗水高度m理o
35 30 25 20

15 10 5 0

心卜 一./ 心一


20% 30%40% 50%

…——幕≮之:妻



60%

70%矿渣粉掺量%

图5.3混凝土的渗水高度与矿渣粉掺量的关系

5.1.3抗渗试验结论分析 由以上的试验数据综合分析得出l

(1)在水压从0.1MPa逐级增压到4MPa后,所有试件均满足抗渗试验的要求。
由图5.3中的曲线看出掺比表面积420 m2/kg的矿渣粉混凝土的抗渗能力在掺量为

40%时达到最强,并且随着比表面积的和掺量的增加而增加,混凝土的抗渗能力进
一步增强,掺比表面积810 m2/kg的矿渣粉混凝土的抗渗能力在掺量为60%时达到 最强,并且掺量在70%的时候,渗水高度增加的并不多。 (2)无论其比表面积是多少,当混凝土中矿渣微粉等量取代水泥40%'---60%时 候,其渗水高度均为15mm左右,而基准混凝土试件渗水高度为35mm,混凝土抗

渗性明显提高。掺比表面积为810 m2瓜g的矿渣微粉的混凝土,抗渗能力最强,但 是从实验结论可以看出:其渗水高度相对于掺比表面积为530 m2/kg的矿渣微粉的
混凝土没有较大幅度的提高。

(3)掺矿渣粉的混凝土抗渗性能提高的原因主要在于:矿渣微粉比表面积大于
400

m2/l【g,小于25I-tm的颗粒较多,粒度分布得到优化,与水泥或熟料粉混合后,

微粉充分填充在混合物中,填充在水泥粒子之间和界面的空隙中,进一步增强了水 泥浆体的密实性,使水泥石结构更加致密,减低孔隙率,改善孔结构,从而提高硬

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化混凝土的抗渗性。由混凝土的强度试验和抗渗试验表明,在混凝土中掺加矿渣微
粉后,在保证强度的情况下,显著地提高了混凝土的抗渗性。

5.2混凝土的抗冻融性试验
抗冻性是指混凝土在水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不被破坏的性

能。在寒冷地区,冻融环境作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一。抗冻性还 可以间接地反映混凝土抵抗环境水侵入的能力,因此,混凝土的抗冻融性能是混凝
土耐久性的一项重要指标12引。

在我国北方地区,冬季气温偏低,混凝土材料普遍存在着冻融循环的现象,由
此引起的冻融破坏也成为混凝土工程常见的破坏原因之一。我国地域辽阔,有相当 大的部分处于严寒地带,致使不少水工建筑物发生了冻融破坏现象。根据全国水工 建筑物耐久性调查资料在32座大型混凝土坝工程、40余座中小型工程中,22%的大

坝和21%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题,大坝混凝土的冻融破坏主要集中 在东北、华北、西北地区,尤其在东北严寒地区,兴建的水工混凝土建筑物,几乎 90%的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏【121。因此,混凝土的冻融破坏
是我国建筑物老化病害的主要问题之一,严重影响了建筑物的长期使用和安全运

行,为使这些工程继续发挥作用和效益,各部门每年都耗费巨额的维修费用,而这 些维修费用为建设费用的1~3倍【231。美国投入混凝土基建工程的总造价为16万亿 美元,据估计今后每年用于混凝土工程维修和重建的费用估计达3000亿美元口引。如
何提高混凝土的抗冻融能力,来延长其在冻融环境下使用寿命,已日益引起人们的 重视。本实验针对矿渣粉的微集料效应,在混凝土中的掺量不同的冻融结果,来指 导工程中的实际应用。

5.2.1混凝土的冻融破坏机理 混凝土是由硬化水泥浆体和骨料组成的含毛细孔的复合材料。为了获得混凝土 所必要的和易性,其拌和水量总要多于水泥水化所需的水量,那部分多余水便以游
离水的形式滞留于混凝土中,形成占有一定体积的连通毛细孔,这些连通毛细孔就 是导致混凝土遭受冻害的主要原因。按照美国学者PC.Powerse提出的膨胀压和渗透

压理论,吸水饱和混凝土在冻融过程中遭受的破坏力主要由两部分组成:其一是膨
胀压力,当混凝土中的毛细孔在负温条件下发生物态变化,由水转化成冰时体积膨

胀9%,因受毛细孑L的约束产生拉应力;其二是渗透压力,由于表面张力作用,混凝 土中毛细孔水的冰点随着孔径的减少而降低,因而在粗孔中的水结冰后,由冰与冷

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水的饱和蒸汽气压差引起水分迁移而形成渗透压【32】。另外,冷水迁移渗透结果必然 会使毛细孔中冰的体积不断增大,从而形成更大的膨胀压力。但一次作用造成的损 伤不足以使混凝土的宏观力学性能发生可察觉的变化,只有当经过多次冻融循环 后,损伤逐步积累不断扩大,发展成互相连通的大裂缝,使混凝土强度逐渐降低, 直至完全丧失了使用性能【3 71。如果混凝土中的孔完全充满水,这么大的膨胀足以使 混凝土开裂破坏。当静水压力超过混凝土强度能承受的程度时,就会损坏混凝土, 混凝土的饱和度愈高,结冰速度愈快,混凝土的静水压力和破坏力就会愈大。实际 上,由于水的分布不均匀,以及在静水压力作用下未结冰水并不能自由、快速地向 周围迁移,冻融反复进行,致使混凝土承受疲劳作用而不断加重破坏,所以混凝土 的抗冻性还和冻融循环次数有关。

5.2.2混凝土的冻融破坏试验 混凝土冻融的室内试验方法,国际上最有代表性的,并作为耐久性设计要求的 有两大类,分别为快冻法和慢冻法。我国各部门的混凝土抗冻试验方法也主要是这 两类,目前水工、港工、铁道、公路、市政等部门及试验规程中,均把快冻法列为 混凝土的抗冻试验标准,并取消了慢冻法。冻融破坏标准的确定,是混凝土冻融耐 久性定量化设计的基础,也可以说是混凝土经冻融而判为破坏的终点。室内试验方 法中,快冻法比慢冻法有较强的冻融破坏能力,但由于两种方法采用不同的评定指

标和测试方法,加之慢冻法本身试验误差较大,因此,快、慢冻之间很难找到一个 较为准确的相关关系。随着混凝土耐久性要求的提高和快速冻融设备的普及,快冻 法已成为评定混凝土抗冻融性能更合适的方法。快冻法试验速度快,一个循环需 2"一4h左右,F300的试件一般一个半月即可做完,比慢冻法快3倍左右。快冻法采
用无破损的测试方法,一种混凝土只需成型一组试件,从开始到结束,只在该组试 件上测试,因此不仅试验工作量小,而且试验结果较为准确。 本试验按照快冻法进行,快冻法试件尺寸为lOOmmxlOOmmx400mm,每组三 块,养护龄期28d,试验前饱水4d,快冻法的试验设备为混凝土全自动快速冻融试 验机。水工标准和建工标准中试件的冻结和融解都在一个箱体内进行;冻、融循环 的转换均可自动操作,并能绘出每一个循环过程中试件中心温度的变化过程曲线,

快冻法的冻融温度均以试件中心温度为准,冻结温度为.15"--".17℃,融化温度为5~ 8。C,一个冻融循环为2"---'4h。试件在冻融过程中,均在饱水下进行(试件放在胶皮 套中,灌水后水面高出试件顶面2cm左右)。

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通常每做25~50次冻融循环对试件检测一次,测一次动弹性模量和重量损失 率,测完后放入箱内继续试验。快冻法的评定指标为:当试件的动弹性模量下降至
初始值的60%或质量损失率达到5%时对应的冻融循环次数作为该混凝土的抗冻等

级(以F表示),若冻融至规定的次数,而相对动弹性模量或质量损失率均未达到 上述指标,认为试验的混凝土抗冻性满足设计要求。图5.4与5.5为冻融试验主要仪
器:

圈5 4混凝土冻融试验机与电脑控制系统

国5 5天平及混凝土动弹性模量测定仪

5.2

3混凝土的冻融破坏试验结果分析 本文利用不同比表面积的超细粉等量替代水泥,掺入到混凝土中,进行了抗冻

融试验,本实验采用快动法,初步探讨了矿物质超细粉的比表面积和掺量对冻融循

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环的影响。并针对混凝土冻融次数间隔期的动弹性模量进行了测定,混凝土冻融循 环试验的数据如表5.6--一5.10所示:
表5.6掺比表面积420m2/l‘g矿渣粉的混凝土抗冻试验结果

注:Ec:为混凝土初始动弹性模量GPa;Ee 7冻融之后混凝土相对动弹性模量%下表类同

由上表中的实验数据可以看出:不掺矿渣粉的C40混凝土其冻融次数达到200次的 时候,其动弹性模量就下降到了62。3%;矿渣粉掺量为20%与50%的混凝土也只是冻融 了200次,矿渣粉掺量为40%冻融次数到了250次,而矿渣粉掺入量为60%的混凝土只 是冻融了150个循环之后,动弹性模量就降低到了64.6%,并且所有试件在冻融后期的 动弹性模量下降趋势较大。
表5.7掺比表面积S30m2/l【g矿渣粉的混凝土抗冻试验结果

由上表5.7中的实验数据可以看出:比表面积为530m2/kg矿渣粉掺量为20%与 50%的混凝土冻融了250次,动弹性模量分别降低到了64.3%与64.5%,矿渣粉掺量为 40%冻融次数到了300次,而矿渣粉掺入量为60%的混凝土只是冻融了200个循环之

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后,动弹性模量就降低到了65.6%,相对于上一组混凝土,其冻融循环次数都提高了50 次,并且所有试件在冻融后期的动弹性模量下降趋势也较明显。
表5.8掺比表面积620nd/kg矿渣粉的混凝土抗冻试验结果

由上表5.8中的实验数据可以看出:比表面积为620m2/kg矿渣粉掺量为20%-与 60%的混凝土冻融了250次,动弹性模量分别降低到了65.9%与62.9%,矿渣粉掺量为 40%与50%的混凝土冻融次数到了300次,并且所有试件在冻融后期的动弹性模量下降 趋势也较明显,与以上两组试块相同的是:全部试块在其动弹性模量达到60%左右时, 其质量损失并未达到5%。
表5.9掺比表面积710m2/kg矿渣粉的混凝土抗冻试验结果

由上表5.9中的实验数据可以看出:比表面积为710m2/kg矿渣粉掺量为20%-与 60%的混凝土冻融了250次,动弹性模量分别降低到了66.7%与62.1%,相对于上一组 混凝土冻融循环次数相等时,动弹性模量较大。矿渣粉掺量为40%与50%的混凝土冻融 次数到了300次,并且所有试件在冻融后期的动弹性模量和质量下降趋势也较明显。

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耋墨!!苎堕墨堕篓!!墅独堂堕望登圭墓蔓燮墨
试件
测定项目

起始

50次



50次200次250次300次350次抗冻标号

由上表5 10中的实验数据可以看出:比表面积为810m2/kg矿渣粉掺量为20%与

70%的混凝土分别冻融了300次和250次,动弹性模量分别降低到了65.6n6与70.8%, 矿渣粉掺量为40%与60%的混凝土冻融次数到了350次,并且所有的质量损失l 5%左 右,均未达到5%,并且所有试件在冻融后期的动弹性模量下降趋势也较明显。

由以上各表综合分析得出;在掺比表面积为420m2慨的矿渣粉的混凝土,掺量
在40%的时候冻融了250次,试块动弹性横量就降低到62 8%,但是随着比表面积 的增加在530mZ/kg,620m2/kg的时候,掺量在分别在40%与50%时,冻融次数达到 了300次,当矿渣粉的比表面积再增加到810m2/kg的时候,冻融的次数增加到350 次,并且随着比表面积的增加,混凝土试块在冻融后期的动弹性模量下降趋势较 小,混凝土试块相对应的初始弹性模量有所增加,相对动弹性模量试验结果和混凝 土强度测试结果有相同的变化规律。 掺矿渣微粉的混凝土在冻融循环过程中,由于快速冻融产生的严重的侵蚀作 用,基准混凝土以及矿渣粉掺量较大的试块均在冻融循环的后期出现了试件表层 2ram左右的剥落现象,粗骨料清晰可见,如图5.6所示:

圈5.6掘凝土经过冻融破坏形杏对比

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各个表中的质量数据表现为重量损失率随冻融次数的增加而增大,冻融循环进 行到200次以后,重量损失率明显增加,需要说明的是掺各个比表面积的矿渣粉的

混凝土在冻融循环的早期,试件的重量并没有预想的减小,有些试块反而有较小的
增加。这主要是由于冻融后试件表面形成大量的微裂纹,水分通过微裂纹进入试件 中,引起了试件重量的微小增加。 需要指出的是虽然配合比编号为5.5的混凝土试件有非常好的抗渗能力,但

是,在冻融循环至300次时发现出现轻微粉碎性的破坏,成呈“冻泥"状,由以上 各表的重量损失情况看出,所有的混凝土试块在其动弹性模量降低到60%的时候,
其质量损失均未达到5%,尤其是掺比表面积710 m2/l(g与810 m2/埏的矿渣微粉的 混凝土试块,一部分估计在冻融循环到270次左右时就已经破坏了,但在冻融循环 到250次时测试该组试件还没明显的重量损失,表明其冻融破坏没有预见性,非常 突然。这可能是由于试块在28d时,混凝土的胶凝材料体系中有很多的未水化矿渣

粉颗粒,这个时候,水泥石结构中对力学性能起主要作用的网状结构已经有了一定 的强度,并且矿渣粉颗粒的微集料效应非常显著,但是随着冻融破坏的进行,一旦
混凝土出现微裂纹,形成了水分通道,更多的水就能进入基体内部参与冻融破坏。 由于试件内部未水化颗粒是靠紧密堆积辅助力学性能的,颗粒之间的粘结力不大, 当这种作用积累到一定程度就很容易发生类似上面这种破坏情况。

本实验是在不掺入引气剂的情况下,采用高效减水剂和矿渣微粉配制的C40级 混凝土具有抵御300"-'350次快速冻融循环的能力,并且其质量损失均未达到试块质
量的5%。

5.3混凝土的抗碳化试验研究
混凝土碳化是指水泥的水化产物与周围环境中的二氧化碳等酸性气体发生反

应,生成碳酸盐或其它物质并引起混凝土中性化的现象。碳化将使混凝土的内部组
成及组织发生变化,直接影响混凝土结构的性质及耐久性。硬化后的水泥主要是水

化硅酸盐类碱性物质,在酸性物质侵蚀下,很容易导致集料外露、松散,最终引起 劣化;另外,混凝土表面是多孔的,内部结构中也有很多微小的通道与孔洞,水等 其他物质很容易进入内部,发生物理或化学作用,导致混凝土结构的膨胀、松散和 开裂等现象。混凝土在各种物理、化学及它们的综合作用下,会发生劣化,导致混 凝土强度降低,从而缩短建筑物的使用寿命。混凝土的中性化是导致钢筋混凝土结
构破坏的原因之一,特别是碳化问题,对于钢筋混凝土的寿命有直接影响。如何采

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取有效措施提高重要的混凝土建筑物如桥梁、海港码头、大坝等大体积混凝土的抗 碳化能力,是延长其使用寿命和减少维修费用的重要课题。

5.3.1混凝土的碳化原理 在通常情况下,混凝土孔空隙中充满了由于水泥水解时产生的氢氧化钙饱和溶 液,其碱度很高,PH值在12以上,这种碱性介质对钢筋有良好的保护作用,使钢

筋表面沉积一层致密的、难溶的Fe203、Fe304和Fe(OH)3薄膜,称为钝化膜,钢筋
转入钝化状态,即使有空气和水分进入,也不易导致钢筋的腐蚀。空气中的二氧化

碳就属于一种酸性气体,它与混凝土氢氧化钙的反应,使混凝土碱度降低,引起混
凝土裂化,这个过程称为混凝土碳化,其反应式如下: Ca(OH)2+H20+C02--}CaC03+2HEO 混凝土的初期碳化可以使孔被形成的碳酸钙密封,这对降低碳化层的渗透性和 提高强度有一定的作用,但继续碳化使碳酸钙变成碳酸氢钙,为微溶的化合物,溶

出后使孔隙率增加。碳化会使混凝土的碱度降低,同时会增加混凝土孔溶液中氢离
子数量,因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱【2】,当碳化超过混凝土的保护层 时,在水与空气及其它腐蚀介质存在的条件下,就会使混凝土失去对钢筋的保护作

用,钢筋开始生锈,体积膨胀2.5倍,导致混凝土产生裂纹,腐蚀物质从裂纹处进 一步浸入,加速钢筋的腐蚀、体积膨胀,从而降低混凝土强度。因此,严重碳化的
混凝土(水胶比过高或养护不充分时)是多孔、易渗透的,这对于强度极为不利, 且降低了混凝土抵抗其它化学侵蚀作用的能力。

5.3.2混凝土抗碳化试验与结论分析

本文试验使用内蒙古科技大学建筑科学研究所的混凝土碳化试验箱,混凝土碳
化试验箱是进行混凝土碳化试验专用设备,具备数字显示仪表,仪器控制精度高,

操作简便,性能比较完善。试验方法按照GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久
性能试验方法》中碳化试验的要求。 本次试验采用试件的尺寸为100X 100×100mm3,待其标准养护至规定龄期的

前两天从养护室中拿出,置于60士5℃烘箱中48h,保留试件的两个相对侧面,其
余四个表面用加热的石蜡予以密封。将经过石蜡密封处理的试件放入碳化箱内的铁 架上,各试件经受碳化的表面之间至少应保持50mm的间距,将碳化箱关严密封。

启动碳化箱,调节其流量计,使碳化箱内二氧化碳浓度保持在20士3%,相对湿度保 持在70±5%的范围内,温度保持在20_+5℃。每隔一定时间对碳化箱内C02浓度、

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温度及相对湿度作一次观察,一般在第一、二天每隔一天观测一次,本试验采用的 是立方体试件,混凝土试块碳化到28d时,将试件在压力试验机上破型,将切除所 得的试件部分,刮去断面上的粉末,立即喷上(或滴上)浓度为1%的酚酞酒精溶液, 约30s后,按原先划的每lOmm一个测量点用游标卡尺分别测出两侧面各点的碳化 深度。 如果测点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒,则可取该颗粒两侧处碳化深 度的平均值作为该点的深度值。试验结果如表5.11所示。
表5.11混凝土抗碳化实验结果 混凝土 编号 水泥
kg/m3 0 O 0 5
<,CJ

矿渣粉
kg/m3

标养28天 抗压强度Mpa
l 3 3 5<一 &&吼Z 6

碳化28天后 抗压强度Mpa
5 5 5 5 9 8 2 3

28天碳化深度
mm 6 6 9 2 王Z王屯£6

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5-2 5-4 5.5 5-6 6-2

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0 O 5 O O O 5 0 0 O 5 O 5 0 O 5 O

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碳化深度m

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

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20%40% 50% 60%



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70%矿渣粉掺量%

图5.7混凝土抗碳化实验结果

由图5.7的结果看出,掺比表面积为420m2/埏的矿渣粉的混凝土的碳化深度随
着掺量的增加而增加,且相对于基准混凝土抗碳化能力减弱。这是因为孔溶液中的 Ca(OH)2量逐渐减少,水泥石体系的PH值显著下降,原有的强碱性条件被破坏,致 使从外界扩散入混凝土中的C02被充分结合,从而加快了混凝土的碳化速度。 但是随着矿渣粉细度的增加,在掺入比表面积为530m2/kg以上的矿渣粉时,随 着掺量的增加,其碳化深度有所降低,而掺入比表面积530 m2瓜g的矿渣粉的混凝 土其抗碳化能力逐渐增强,碳化深度从基准混凝土的13.6mm降低到了9.6ram,而 且从实验结果可以看出,所有掺了比表面积为530m2/kg以上矿渣粉的混凝土的碳化 深度都较没有掺矿渣粉的混凝土相对较小,掺入比表面积810

m2他的矿渣粉的混

凝土其碳化深度最小达到3.6mm,虽然矿渣粉的掺入减小了混凝土内部的碱性,但 是掺入较细的矿渣粉与水泥水化产生的Ca(OH)2进一步反应,生成难溶的水化硅酸

钙凝胶,形成更为致密的结构;以及微粉的微集料效应,使得矿渣粉填充在混凝土 的孔隙中,进一步增加了混凝土的密实性,使C02不易渗入。从以上数据看出,为
了使混凝土有一定的抗碳化能力,选用的矿渣粉比表面积最好在600m2/kg以上。 从表面上看,矿渣粉的掺入对混凝土的抗碳化能力有所影响,但我们知道,环 境条件同样影响混凝土的抗碳化性。空气中C02浓度大,C02向混凝土内渗透快,

加快了混凝土碳化反应速度,空气相对湿度大于80%甚至达100%时,可使混凝土 孔隙处于饱和状态,反应附加水分无法向外扩散,二氧化碳向混凝土内部扩散渗透 的速度将降低甚至终止,从而使混凝土碳化速度大大降低;当在极干燥的环境中,

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如果相对湿度处于O%~45%时,混凝土处于干燥或含水率很低的状态,空气中的 C02虽然扩散渗透速度很快,但无法溶于混凝土的孔隙水中,或溶解极少、极慢, 碳化反应也极慢。

5.4混凝土中氯离子电通量试验研究
国内外学者已对钢筋混凝土腐蚀机理进行了深入的研究,Mehta


K认为:混凝

土破坏原因按主要性递降顺序排列是钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物 理化学作用,可见,钢筋腐蚀是钢筋混凝土的主要耐久性影响因素【4】。1989年出版 的欧洲混凝土委员会耐久混凝土结构设计指南,确定了影响混凝土耐久性的因素与 相互关系,氯离子对钢筋的锈蚀是影响钢筋混凝土耐久性的主要因素(占33%)。

1995年香港土木工程署委托Taywood公司对香港93个码头进行调查,在调查中发
现,损坏的码头中93%与钢筋锈蚀相关。杨建森等对山东沿海钢筋混凝土公路桥的 劣化破坏调查发现,公路桥投入使用约10年左右就出现了严重的损伤破坏,其原因

是氯离子锈蚀钢筋和冻融等因素的综合破坏作用【l…。要提高钢筋混凝土在氯盐环境
中的耐久性,提高混凝土中抗氯离子的渗透性是关键。

5.4.1混凝土中吸附氯离子原理

本文采用导电量的方法,研究不同比表面积下大掺量磨细矿渣粉混凝土内氯离 子电通量的变化,来分析大掺量磨细矿粉的二次水化作用和对氯离子的固化作用,
对遏止氯离子渗透有较大的影响。文献【l oJ表明矿渣微粉对氯离子具有初始固化作

用,较高的C3A等矿物成分能够捕捉混凝土表面的氯离子,生成
C3A?CaCl2?10H20,掺入矿渣粉的混凝土水化时能产生较多的C.S.H凝胶,而C.

S.H凝胶会吸附一部分氯离子,这种物理吸附能减弱氯离子向混凝土内部的渗透, 因而矿渣微粉可提高混凝土抗氯离子渗透的性能,改善混凝土中水泥浆体与集料间 的界面结构。矿渣粉经磨细之后,比表面积增大,其玻璃体结构的破坏,使其潜在 的活性被激发出来,矿渣微粉的火山灰效应,在混凝土内部的碱性环境下,矿渣粉 吸收水泥水化时形成的Ca(OH)2进一步水化生成更多有利的C.S.H凝胶,使界面的 Ca(OH)2变少,改善混凝土的微观结构,使水泥浆体的孔隙率明显下降,增加了混
凝土的密实度,减小混凝土水胶比,无论是减小用水量还是增加胶凝材料用量,都

能够使混凝土更密实,提高混凝土对氯离子的抗渗能力。

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5.42混凝土的氯离子电通量试验方法和结果分析
为了了解}IPC的抗氯离子渗透性能,根据美国ASTMCl202所描述的标准,通 过的电量和氯离子的渗透性的关系与设计使用年限和使用环境的要求如表5.12与

513所示㈣:
表5.12混凝土电通量设计使用年限要求

设计使用年限级别

100年

60年、30年

电遁量(56d)C

<1000<800

<1500

(11300

本实验的实验仪器采用北京数智意隆的DTL.A混凝土氯离子测定仪,此仪器符
合美国ATMS C1202、港工JTJ275.2000混凝土抵抗氯离子渗透能力标准,配套的

还有混凝土真空饱水箱,试块及实验仪器如图5.8与5.9所示:

图5.8混凝土电通量测定仪器

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圉5.9混凝土啦量测量结果曲线圈
本实验将试件制成直径100cm,厚度5cm的圆形试块,经过全自动真空饱水机 饱水处理后放八有机玻璃扩散盒内,使其一端接触阳极电解质(3%NaCl溶液),另一 个端面接触阴极电解质(O.3mol/LNaOH溶液),并将盛有这两种溶液的阴极和阳极铜 网分别连接直流电源的负极和正极,施加60V电压,测量持续通电6小时期间通过 的电量.作为评定该试件氯离子渗透性的参数。实验数据如表5 14与5 15所示:
袁5.14各缀棍凝士试块的电诵量数值

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表5.15各组混凝土试块的电通量数值

电通量c

1200

1000

800

600

400

心 耀≤澎。

20% 30% 4096 50% 60%



200



矿渣粉掺量%

图5.10混凝土电通量数据统计图

从以上的实验数据汇总的图5.10看出,掺比表面积为420m2/kg的矿渣粉的混
凝土内,取代量为40%的混凝土中氯离子通过的电量最低为563C,掺比表面积为

810mE/kg的矿渣粉的混凝土内,取代量为60%的混凝土中氯离子通过的电量最低为
252C,通过的电量比基准混凝土的964C大约低4倍,这能有效遏止氯离子向混凝 土内部的移动,可以成倍地延缓钢筋锈蚀的时间。从表5.14中可以看出随着比表面

积增加,混凝土试块的电通量从6.5的313C减小到8-6的252C,其减小的幅度并 不是很明显,针对混凝土抵抗氯离子侵蚀作用,在不影响其强度的情况下,选用的 矿渣粉的比表面积最适宜的值为600m2/埏左右,取代水泥的最佳掺量在50%左右。

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6矿渣微粉及其水泥砂浆试块的微观分析
6.1矿渣粉的微观效应
粒化高炉矿渣简称矿渣,是炼铁过程中所产生的工业副产品,在炼铁过程中,

氧化铁在高温下还原成金属铁,并将矿石中的杂质与石灰等熔剂化合成矿渣使之与
铁水分离,这些熔融状态的矿渣经过急速冷却后形成了粒化高炉矿渣。粒化高炉矿 渣以玻璃体结构为主,其玻璃体在85%以上,因此它具有较高的活性;另外矿渣除

在水淬时形成大量玻璃体外,还含有钙镁铝黄长石和很少量的硅酸二钙等结晶态组 分,因此,它具有微弱的自身水硬性。但是粒径大于45微米的矿渣颗粒很难参于水 化反应,因此要求用于高性能混凝土的矿渣粉磨至比表面积超过400 m2/l(g,以较充
分地发挥其活性,减少混凝土拌合物的泌水性。磨细矿渣粉绝大部分是不稳定的玻 璃体,储有较高的化学能,有较高的活性,这些活性成分一般认为是活性A1203和 活性Si02,即使在常温下,这些活性成分也可与Ca(OH)2起作用而产生强度。

6.2不同比表面积矿渣微粉的粒度分析
针对粉磨出的不同比表面积的矿渣微粉,为了了解其粒度的组成,我们采用内
蒙古科技大学能环学院的激光粒度分析仪器,来分析不同比表面积下矿渣微粉的各 个粒径在微粉中所占的百分比,试验情况如图6.1~6.5所示:

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圈&l比表面积为42帅饨的矿渣糟的粒度分析图

圈G2比表面积为530m‰的矿揸糟的粒度分析圈

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图6.3比表面积为620m2,l【g的矿渣粉的粒度分析图

圉6.4比表面积为710m2/kg的矿渣糟的粒度分析圈

雩雾雩霁烹露P


内蒙吉率}拄大学硕士学位论文

{g豫}1溉.
j{‰:黜




d黯?…一““


示:

--4
\J




圈6.5比表面积为slom%,g的矿浩糟的粒度分析图

针对上述实验的图示.我们将其各项数据列出表格进行分析对比,数据如表6 1所

表6.1矿渣徽糟颗粒的粒径分布情况 粒径占百分比420mZ/kg
D10

530m2/kg
4.¥8811m
17 527pm 8.310pro 5.7285tm 13 815ljtm

620mZ/kg 4325叫n
15.608Ⅲ,n 76471un 5 295pm

7 J0m2/kg 4.463pm 14.440Ⅲn
7.603pm 5 363pm 1I.567¨m 8.575}tm

8l嘶12怔
1,01Igm 12 590pm 6.312kq'n 1.85111m

5.391lum
20 264“ra

D10 DS0
D20 1720 Day

10032pm
6.452“m 16 488pm 11.683pm 96 28%

1218@za
8.851pm

9.782pm
6.727pm

9.944pm 9821%

aⅢ
!堡唑

9908%

99.52%

99.72%

!塑:!些

!塑盟墅

1塑生堂

!塑!些

1鲤婴堑

根据表6.1中不同比表面积的矿渣粉的粒度不同分布情况可以看出;比表面积 为420m2/kg的矿渣粉中.占颗粒10%的粒径为20.2641an和539119m,而最大比表面
积910mZ/kg的矿渣粉中,占颗粒10%的粒径分别为12.5901u'n和l

01Im,与其相对应

的颗粒平均粒径为11.6839m与6 727p.m,由图6 l~6.5中的曲线可以看出上升区的曲 线在比表面积为620m2Sg突出,说明较小粒径所占百分比增加:下降的部分越来越平

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滑,说明比表面积越大的矿渣粉颗粒级配越好;我们针对矿渣粉在水泥砂浆中的不同 取代量做了相关的水泥胶砂强度试验,得出的实验数据如表6.2"--6.6所示:
表6.2掺比表面积420m2/kg矿渣粉的水泥砂浆强度

内蒙古科技大学硕士学f移论文

聪率用水量IIlI流动度mm

7d黜a

28兹№6∞掇胁

根据水泥砂浆的强度分析,可以看出掺入比表面积为420 m2/kg和530 m2/kg的

矿渣粉的水泥砂浆在矿渣粉掺量为40%时,28d抗压强度达到最大值;掺入比表面
积为620 mE/kg矿渣粉的水泥砂浆在矿渣粉掺量为50%时,28d抗压强度达到最大 值;可以看出掺入比表面积为710 m2/kg和810 m2/kg的矿渣粉的水泥砂浆在矿渣粉

掺量为60%时,28d抗压强度达到最大值,后期强度明显高于掺入比表面积420 m2/kg的矿渣粉水泥砂浆强度,并且随着比表面积的增加,矿渣粉在水泥砂浆中的最
佳掺量也由40%增加到了60%,由上表的数据可以看出掺入比表面积为620 m2/kg以 上的矿渣粉的水泥砂浆的抗压强度增长幅度并不太明显。

6.3掺矿渣粉的水泥砂浆扫描电镜微观分析
掺矿渣粉的水泥砂浆中的微观分析是将水泥砂浆试块养护到56天,对其进行扫 描电镜微观分析。首先用切割机将砂浆试块切割成1立方厘米左右的方形小块,将 某一个平面打磨,然后用水磨机磨平,准备工作完成之后进行扫描电镜的微观分

析。扫描电子显微镜仪器型号(包头稀土研究院):S-3400N Ft本Hitachi(日立)公 司产,SE分辨率3.0nm(30kV);10nm(3kV),高真空模式;BSE分辨率4.0rim (30kV),低真空模式,放大倍率x5~x300000;配有高真空模式二次电子探测 器,低真空二次电子探测器,背散射探测器,扫描电镜机器如图6.6所示:

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囤“扫描电子显微镜仪器
扫描电子显微镜的主要构成部分是光学系统和成像系统,成像系统由电子束在 物体上逐点扫描,并由同一个扫描发生器在显像管上同步扫描成像,光学系统通过 会聚镜和物镜将电子枪发出的50rtm的高能电子束缩小、聚焦而形成约100A的细腰 电子束。由这样的细腰电子柬作用在物体上的斑点叫束斑,大小为100A左右。电 子束在物体表面上的束斑通过扫描发生器在试样上进行X—Y扫描。入射电子与物质 作用,从试样中激旋出二次电子(或其他信息),通过检测器将其转换成电信号,再 通过低频放大控制显像管栅极,以控制显像管的亮度。由于使用共同的扫描发生器 控制电子束在试样表面的扫描和显像管中电子在荧光屏上的扫描,使得上述两种扫 描是同步的,即试样的物点和荧光屏上的像点在时间和空间上是逐点对应的。采集 的水泥砂浆SEM图6 7~618所示:

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麓糯器黜患僦

图6.8比表面积420m’l【g矿渣粉在

砂袋中掺量为40*/,的试块扫描电镜图

圈6.9:比表面积530m’k矿渣扮在 砂浆中掺量为20%的试块扫描电镜围

图6.10:比表面积530Ⅱ产/垤矿渣粉在 砂浆中掺量为柚%的试块扫描电镜圈

由图6.7与6.9可知,掺入比表面积为420m2/Kg与530m2/kg矿渣粉的水泥砂浆

浆体的孔隙率较大,水化硅酸钙C.S.H之间以棒条型、针状晶体相连,水化产物在 其表面生长,C-S-H和钙矾石的晶体相互交联,形成间断的、孔隙较大的骨架网状 体系。但是当掺入量达到40%,如图6.8与6 10所示其水化硅酸钙C.S.H成粒子状 与絮状分布,结构相对密实。

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圈6.11:比表面积620m蚀矿揸糟在
砂浆中掺量为20%的试块扫描电镜冒

蹬6.12:比表面积620m’k矿渣糟在 砂浆中掺量为柚%的试块扫描电钝圆

圈6.13:比表面积710Ⅲ’k昌矿渣粉在 砂浆中掺量为20%的试块扫描电巍囝

图6.14:比表面积710叫’I唔矿渣糟在 砂浆中掺量为柏%的试块扫描电镜圈

由611与613可以看出掺入比表面积为620 m2/kg与710 m2/kg的矿渣取代 20%的水泥砂浆中,絮状c—S-H水化晶体与Ca(OHh相互交联,而掺入量到40%时 形成了致密的云状结构,且C.-S.H凝胶的直径较粗,整个结构连接紧密使得水泥浆 体致密,孔陂减少。所以从扫描电镜的微观分析可以看出矿渣粉颗粒比表面积在大
于500 m2/kg的时候水泥砂浆在硬化过程中C-S-H凝胶生长的越密实。

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图6.15:比表面积810m2/kg矿渣±}在 砂浆中掺量为20%的试央扫描电镜圈

图6.16:W-勰810mZ/kg矿渣耪在

砂浆中掺量为帅%的试块扫描电镜图

田6.17:比表面积8lom堍矿渣将在
砂浆中掺量为70%的试块扫描电镜圈

卧。1‰黧雾霎:燃泥
砂浆试块扫描电镜圊

从图6 15~6 16中可以看到棒状的C—S.H及其表面生长的絮状水化物,填充在 孔隙和水化物之间,并且在入6.16中很难发现孔隙,粒子状和层状的C—S-H水化物 表面有像纤维网结构分布,进一步加强了水泥砂浆结构的致密性,从而使水泥砂浆 的一系列性能得到显著改善,在宏观上表现为抗压强度高于掺普通细度的矿渣粉的 水泥砂浆强度。从图6 17看出:若矿渣粉过量的掺入,没有更多的水化产物掺加到 矿渣粉表面,相反还减少了水化产物与原始颗粒接触的机会,生成的C.S.H相对减 少,其水泥砂浆试块强度的下降。从未掺矿渣粉的砂浆试块的图6.18看出其孔隙率 较大,密实度相对较低,C—S—H及絮状水化物之间连接并不紧密。

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结论
本试验是利用本地区的水泥、砂、石、高效减水剂、磨细矿渣粉配制C40混凝 土,结合基础理论知识和各项耐久性试验,对掺磨细矿渣粉高性能混凝土进行了系
统的研究,并获得了相应的理论成果,并得出如下的结论: 1.掺入矿渣粉能配制出流动性大、保水性、粘聚性都比较好的混凝土,由试验 得出掺比表面积为620 m2徼g的矿渣粉掺量在50%的混凝土,其和易性、强度及各 项耐久性指标较高,但是当矿渣粉的比表面积增加到710 m2/kg以上,以及掺量的

增加,其单位用水量增加,和易性减弱。
2.掺入比表面积为420 m2/kg和530 m2/kg的矿渣微粉的混凝土,矿渣粉掺量在

40%时,其28d抗压强度分别达到最大值,抵抗冻融循环的次数较基准混凝土提高
到250次和300次,矿渣粉掺量均为50%的混凝土抗渗性较好,但是前者的碳化深

度较基准混凝土却随着矿渣粉掺量的增加而增加,后者碳化深度较基准混凝土降低
至9.6mm; 掺入矿渣粉的比表面积为620 m2/kg的混凝土中,掺量在50%时,28d抗压强度

达到最大值,抵抗冻融循环的次数同样为300次,碳化深度较基准混凝土减4,N
9.2mm,矿渣粉掺量在60%时的混凝土渗水高度进一步降低; 掺入矿渣粉的比表面积为710 m2/kg和810 m2/kg的混凝土中,矿渣粉掺量在

60%时,其28d抗压强度达到最大值,混凝土渗水高度仅为13mm左右,抵抗冻融 循环的次数增加到了350次,碳化深度相对基准混凝土减小至5.9mm与3.6mm;
由上述的综合分析得出,矿渣粉的比表面积在620 mZ/kg以上时,在混凝土中

的最佳掺量下,其抗压强度、抗渗性并没有较大幅度的提升,抵抗冻融循环的能力 较基准混凝土提高了150次,而其碳化深度却明显的降低。
3.掺入比表面积为810 m2/埏、掺量为60%的磨细矿粉混凝土,氯离子渗透性

比普通混凝土大约低4倍,从试验中看出随着矿渣粉比表面积的增加,掺矿渣粉的 混凝土电通量的数值逐渐减少。在工程中掺矿渣粉的混凝土能有效遏止氯离子对钢 筋的电化学腐蚀,并可以成倍地延缓钢筋锈蚀的时间,延长混凝土的使用寿命。
4.由矿渣粉的激光粒度分析图谱可以看出:比表面积越大的矿渣粉的颗粒级配

较好,平均粒径较小,表明在掺入比表面积较大的矿渣粉的砂浆强度较高;从掺矿 渣粉的水泥砂浆的扫描电镜微观分析可以看出:掺比表面积越大的矿渣粉掺量在 40%时,砂浆试块的孔隙率相对于掺较小比表面积矿渣粉的低,密实度高,生成C.

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S.H及絮状水化物的质量和数量上,都高于掺矿渣粉为20%的水泥砂浆,宏观表现 为其抗压强度较高。 5.由上述混凝土的各项耐久性试验,以及对矿渣粉和其水泥砂浆的微观分析得 出:矿渣微粉加入到混凝土中发挥的特殊作用很明显,它们不但可以取代部分水泥 降低混凝土的成本,更重要的是能改善混凝土的和易性,提高混凝土的抗压强度, 并显著的提高混凝土耐久性,延长混凝土构筑物的使用寿命,节省维修费用,使其 在混凝土工程中能发挥更大的作用,值得大量推广应用。 混凝土的耐久性是当今混凝土经济性能的最重要影响因素,耐久性优异的混凝 土使用寿命可达百年以上,甚至可以达到500年,是普通混凝土的3~10倍。如前 所述,从施工便捷、降低造价、提高耐久性、节省能源方面考虑,混凝土达到高性 能最重要的技术手段是用新型高效外加剂和超细活性矿物质掺合料。前者能降低混 凝土的水灰比,增长坍落度和控制坍落度损失,给混凝土赋予高的密实度和优异的 施工性能;后者是通过掺加磨细火山灰质材料填充胶凝材料的空隙,有效降低孔隙

尺寸和阻断毛细孔,参与胶凝材料的水化反应,大幅度提高混凝土的抗渗性,降低 氯离子在混凝土中的渗透速率,延迟腐蚀的开始和降低腐蚀开始后的速率,减轻氯 离子渗透对钢筋的危害,提高混凝土的抗化学侵蚀性,提高混凝土的耐久性和强
度,显著改善混凝土的使用性能。

科学的选择混凝土原材料、优化混凝土的配和比,充分利用本地区产磨细矿渣 微粉等建材资源作为主要掺合料,可以制成高性能预拌泵送混凝土。针对目前绿色
混凝土的大力提倡,掺入磨细矿渣粉的高性能混凝土的强度高、耐久性好、工作性 能好的特点使结构的寿命大为延长,结构维修费用也因此大为节省,这有利于保护

自然资源,维护生态平衡,可以取得巨大的经济效益和良好的社会效益。因此,应
用掺矿渣粉的高性能混凝土日益成为工程建设的优选技术方案,并为我地区重点工

程提供了新理论、新产品、新技术、新成果,产生了较大的社会效益,对于保证我 区重点工程混凝土的安全性起到了一定的作用,提高了对工程耐久性的进一步重
视,并将产生长远的效益。

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在学研究成果
在学期间发表的论文: 一、杭美艳,徐广飞.高效减水剂与水泥问相容性的研究四.内蒙古科技大学报, 2008,27(4)-363—367.


二、杭美艳,徐广飞.混凝土减水剂与胶凝材料适应性的研究叨.商品混凝土,2009,
2(2):39-43.

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本论文是在导师杭美艳教授的热心关怀、悉心指导下完成的,从论文选题、确
定、研究思路、试验方法、方向等杭老师都提出了宝贵的指导性意见,并在论文的 撰写过程中得到了杭老师的鼓励和支持。杭老师广博的学识、一丝不苟、严谨治学

的态度以及平易近人的师者风范使我受益匪浅,同时导师在生活上给予了我无微不
至的关怀,谨在此表示最衷心的感谢!


衷心感谢李斌教授和赵根田教授的关怀和帮助!

本文的大部分实验工作得到了内蒙古科技大学实验室的刘海生老师、李小卫老
师、池伟老师、杜鹃红老师的支持和帮助,在此表示感谢,祝几位师长工作顺利!

本文的扫描电镜实验和矿渣粉粒度分析实验分别得到了稀土研究院的韩莉老师
和能环学院的王泽老师的耐心指导和帮助,在此深表感谢!同时也非常感谢06级全 体同学和周明师兄在试验过程中给予的热情帮助!

感谢我的父母和家人以及在各个学习阶段的老师们多年来对我的培养和给予的
支持!

最后,感谢即将评阅、评议本文和出席论文答辩的各位老师在百忙之中给予学
生的指导!

学生:徐广飞

2009年5月于包头

一59一



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